Экспертные системы

1. Урок № 13

Раздел 3. Информационные системы предприятий
Урок № 13
ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ

2. Понятие ЭС. Типы ЭС

Экспертная система- это сложный программный комплекс,
аккумулирующий знания специалистов в конкретных предметных
областях и использующий этот опыт для консультаций менее
квалифицированных пользователей
СТРУКТУРА ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ
1) Знания сгруппированы в классы (личности-Иванов, Петров) и
имеются отношения между ними
2) Правила – организуют процесс обработки знаний
3) Управляющая структура – определяет способ применения правил
ТИПЫ ЭС
1) Мощные ЭС – рассчитаны на узкий круг использования н-р: ПВО)
2) ЭС широкого круга пользователей – медицинские, учебные
3) ЭС с небольшим числом правил – создаются специалистами
редактируются пользователями строятся на основе справочников
(поиск неисправностей)
4) Простые ЭС – строятся самими пользователями на основе
существующих БД

3. Особенности и преимущества применения ЭС

Знания в ЭС бывают формализованными и неформализованными
(опыт специалистов). При использовании знаний в правилах
используются обычные алгоритмы, поэтому знания необходимо
предварительно формалилизовать
Особенности ЭС
1. Алгоритм решения неизвестен заранее. Он строится самой экспертной системой в
процессе решения.
2. Ясность получаемых решений, то есть способность экспертной системы
объяснять получаемое решение.
3. Способность экспертной системы к анализу и объяснению своих действий.
4. Способность приобретения новых знаний от пользователя - эксперта, незнающего
программирования.
5. Обеспечения дружественного естественного языка при общении с пользователем,
Преимущества применения ЭС
В 1985 было продано 12000 ЭС. С тех пор объем продаж растет пропорционально
информатизационно-техническому развитию человечества. Использование ЭС
позволяет экономить большие средства при относительно не больших вложениях
(н-р: Фирма IBM экономит 12 млн $ в год при стоимости разработки ЭС 100 тыс $)
Применение ЭС позволяет:
1) повысить производительность труда в 3-6 раз, при этом выполнение отдельных
операций ускоряется я 10-15 раз (по данным фирмы NEC);
2) ускорить поиск неисправностей в устройствах в 5-10 раз;
3) повысить производительность труда программистов в 5 раз
4) в процессе профессиональной подготовки сократить в 8-12 раз затраты на
индивидуальную работу с обучаемым.

4. Классификация ЭС

Единой классификации до настоящего времени пока не выработано
По задаче
Интерпретация
данных
Диагностика
Мониторинг
Проектирование
Прогнозирование
Планирование
Обучение
По связи с
реальным
временем
Статические
Динамические
Квазидинамические
По типу ЭВМ
По степени
интеграции
На
базе Автономные
суперЭВМ
На
базе Гибридные(интегрирова
мейнфреймов нные)
На
базе
символьных
процессорах
На базе мини
ЭВМ
На базе ПК

5. Уровни и этапы проектирования ЭС

Построения ЭС учитывает эволюционный характер процесса их разработки и
предполагает, что на каждом уровне система совершает виток жизненного цикла
разработки, состоящего из 7 этапов: идентификация; концептуализация;
формализация; реализация; тестирование; уточнение; сопровождение.
Уровень проектирования ЭС
Демонстрационный
прототип (50-100 правил)
Исследовательский прототип
(200-500 правил)
Действующий прототип
(500-1000 правил)
Промышленная система
1500 правил)
Коммерческая система
3000 правил)
Характеристика уровня
Система
решает
часть
поставленной
задачи,
демонстрируя целесообразность разработки ЭС
Система удовлетворительно решает всю задачу, но
может быть ненадежной вследствие неполного
тестирования
Система проявляет высокое качество решения задачи
при достаточной надежности, но для сложных задач
получение решения может быть недостаточно
эффективным по времени и (или) используемой памяти
(1000- Система показывает высокое качество, надежность и
эффективность
работы
в
реальных
условиях
эксплуатации
(1000- Промышленная система, пригодная не
только для
использования внутри организации - заказчика, но и
для
продажи другим потребителям

6. Этапы проектирования и инструменты разработки ЭС

Проектирование ЭС осуществляется в три этапа:
1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ (ОПРЕДЕЛЯТСЯ ГИПОТЕЗЫ И
ПАРАМЕТРЫ) СОСТАВЛЯЕТСЯ ТАБЛИЦА СООТВЕТСТВИЯ
Гипотезы:
Автомоби класс кузова
ли
Bently
кабриолет
BMW
джип
Pegout
седан
Параметры
надежно Страна
двигат цвет
цена
сть
ель
высокая Англия
V10
черный высокая
высокая Германия
V8
серебр высокая
высокая Франция
V6
серебр
средняя
назначен
ие
спорт.
внедорож
спорт.
2. ВЫБОР СПОСОБА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ
• логические модели
• сетевые модели
• продукционные модели
• фреймовые модели
3. ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ЭС
Символьные языки, ориентированные на создание экспертных систем и систем
искусственного интеллекта ( LISP, SMALLTALK ).
Языки инженерных знаний ( языки высокого уровня, ориентированные на
построение экспертных систем: PROLOG, OPS –5 )
Системы автоматической разработки экспертных систем , ориентированные на
знания: ART, TIMM.
Оболочки экспертных систем: EMYCIN, ЭКСПЕРТ, ANIES. Они составляют 50 60% всех экспертных систем. Трудозатраты по созданию на них конкретных
систем минимальны, так как они представляют собой пустую ЭС

7. Работа с программой ANIES

Инструментальная экспертная система ANIES является обучающей
программой, предназначенной для демонстрации возможностей, которые
предоставляют продукционные правила при логическом выводе
Структура интерфейса

8. Работа с программой ANIES

При запуске программы открывается пустой проект ЭС. В процессе
работы программы образуются файлы баз знаний *.ies, хранящие ЭС
пользователя. Все файлы хранятся в текстовом формате. Принципы
работы с базой знаний и правил как в обычном текстовом редакторе
Порядок работы
1.При помощи текстового редактора либо используя режим вставки при
помощи пункта меню “Ввод данных” и панели ключевых слов, специалист по
ИИ создает структуру БЗ, с использованием продукционных правил .
Значения гипотез и параметров записываются в фигурных скобках
дерево {ёлка, сосна, берёза}
Значения коэффициентов уверенности посылки параметров и
выражений записываются в квадратных скобках
THEN дерево берёза [0,5], дерево сосна [0,5], дерево ёлка [-0,5]
2.
После запуска ЭС пользователь вводит ответы на запрашиваемые
системой вопросы с указанием коэффициента уверенности заключения
в диапазоне [-1;1]. Отвечая, на один вопрос пользователь может указать
несколько ответов или ни одного. Отсутствие ответа интерпретируется как
коэффициент равный нулю.
3.
Система, используя машину логического вывода, производит
подсчет всех заключений и отображает перечень гипотез. При желании
пользователь может просмотреть ход срабатывания правил экспертной
системы в виде протокола решения

9. Создание продукционных правил

Структура базы знаний предусматривает использование продукционных
правил “IF-THEN-ELSE” и “CASE”. В приведенном ниже примере
Правило1 может быть реализовано с помощью правил “IF-THEN-ELSE”
или с помощью оператора “CASE”.
IF-THEN-ELSE
NAME Правило1
IF на_занятиях неусидчив
THEN темперамент холерик [0,5]
ELSE
IF на_занятиях энергичен
THEN темперамент сангвиник [0,5]
ELSE
IF на_занятиях спокоен
THEN темперамент флегматик [0,5]
ELSE темперамент меланхолик [0,5]
END
меланхолик [0,5]
END
1.
2.
3.
4.
CASE
NAME Правило1
CASE на_занятиях
неусидчив темперамент холерик [0,5]
энергичен темперамент сангвиник [0,5]
спокоен темперамент флегматик [0,5]
неуверен темперамент меланхолик [0,5]
END
Синтаксис
Все правила “IF-THEN-ELSE” и ”CASE” должны заканчиваться на “END”.
Все правила “IF-THEN-ELSE” должны обязательно содержать слово ELSE.
При написании гипотез, параметров, наименований правил вместо пробелов
необходимо использовать знаки подчёркивания, Н-р, на_ уроках
При составлении циклов “IF-THEN-ELSE” необходимо проставлять все ключевые
слова: IF, THEN, ELSE, даже в случае отсутствия операторов

10. Фрагмент экспертной системы

ГИПОТЕЗЫ:
дерево {ёлка, сосна, берёза}
ПАРАМЕТРЫ:
оперение {листья, иголки}
ветки {вверх, вниз}
хвоя {короткая, длинная}
кора {белая, чёрно_белая, чёрная}
ПЕРЕМЕННЫЕ:
NAME Правило1
IF оперение листья AND кора чёрно_белая
THEN дерево берёза [0,9]
ELSE дерево берёза [-0,9]
END

11. Домашнее задание

Определить предметную область, создать гипотезы
(до 5) и параметры (до 5), оформить в виде таблицы
соответствия
ПРИМЕР
Гипотезы:
Автомобил
класс
и
кузова
Bently
BMW
Pegout
Rover
ВАЗ
ГАЗ
Параметры
надежн Страна- двигате
ость
изготов ль
итель
кабриоле высока Англия
V10
т
я
джип
высока Герман
V8
я
ия
седан
высока Франци
V6
я
я
джип
высока Англия
V8
я
седан
низкая Россия
V4
седан
низкая
Россия
V4
цвет
цена
черный высокая
назначен
ие
спорт.
серебри высокая внедоро
стый
жник
серебри средняя
спорт.
стый
серебри высокая внедоро
стый
жник
серебри низкая семейны
стый
й
черный низкая семейны
й